环境气象学

X16 2(X)么犯661硫酸盐气溶胶直接和间接辐射气候效应的模拟研究/吴涧…(南京大学大气科学系)//环境科学学报/中科院生态环境研究中心一2(X犯,22(2)一129一134,环图X一9 将大气化学模式引人到区域气候模式中,实现同步计算大气化学成分和气象要素,以中国地区1994年1、4、7、10月为研究对象,模拟了4个月的气候变化,通过分析发现:硫酸盐气溶胶的直接和间接辐射效应都使大气顶产生负的辐射强迫,使地面气温下降;间接效应的引人加剧了辐射强迫和地面降温,是一个不可忽视的重要过程,在模拟中同时考虑直接和间接效应是必须的。图5表l参11X162田202…     

人为排放气溶胶引起的辐射强迫研究

利用建立的大气气溶胶辐射强迫模式,对我国历年大气气溶胶(TSP和硫酸盐气溶胶)引起的直接辐射强迫进行了计算,并给出其全国分布。得到了一些有意义的结果:我国大气气溶胶引起的辐射强迫与我国能源,特别是燃煤的消耗量密切相关,随着消耗量的增加,大气气溶胶(TSP和硫酸盐气溶胶粒子)引起的辐射强迫也增加;指出在利用辐射模式讨论大气气溶胶引起的直接辐射强迫时,不能忽视扬尘和沙尘的作用;我国由于大气气溶胶引起的直接辐射强迫主要集中在工业比较发达的城市或地区,四川盆地由于其特殊的地理位置和气候条件,在该地区因大气气溶胶产生的辐射强迫始终比较大。      

中国对流层二氧化硫光化学氧化过程的数值研究

利用一个三维非静力区域大气化学输送模式与中尺度气象模式MM5相连接构成一个数值模拟系统，模拟了中国地区对流层臭氧与其前体物的分布以及二氧化硫转化为硫酸盐的过程，模式扬地面源排放、大气输送和扩散、干沉积、气相化学反应和云雨过程。结果表明：日间，O3浓度主要由NOx和NMHC的源排放和光化学反应过程支配，大气辐射是光化学反应强弱的决定因子，其强度可使SO2、O3和SO4^2-的生成浓度呈现不同的日变化和季节变化，结果表明高浓度的O3对二氧化硫转化为硫酸盐的化学过程有很大的促进作用，然而，这种作用受NMHC浓度的影响很大，较高浓度的NMHC使O3浓度上升，但同时增加了对OH等自由基的消耗，使SO2的转化率降低。     

中国沙尘气溶胶的间接辐射强迫与气候效应

利用在线耦合的区域气候化学模式系统(RegCCMS),对2003~2007年的3,4,5月中国沙尘气溶胶的空间分布,间接辐射强迫和间接气候效应进行模拟.结果表明:沙尘分布主要集中在中国西北的新疆、内蒙、甘肃等地区.5月份最高的中心值浓度达到3500μg/m3,3个月地面浓度依次增大.3,4,5月由沙尘气溶胶造成的第一间接辐射强迫平均值分别为-1.26,-2.0,-2.69W/m2.局部地区达到-7W/m2.考虑到沙尘气溶胶的第一间接气候效应后,使近地面气温下降,降水减少,3,4,5月地面气温变化的平均值为-0.05,-0.07,-0.08K. 3,4,5月降水变化平均值分别为-0.0037,-0.037,-0.1mm/d. 不同的月份和地区,温度和降水的变化存在明显的差异.     

气溶胶的辐射强迫作用研究进展

人类活动向大气中排放气溶胶,人为气溶胶增强了对太阳辐射吸收和散射直接改变地气系统的辐射平衡,又可以通过作为云凝结核或冰核改变云的微物理特性和停留时间、地表反照率等途径间接影响气候的辐射强迫。综合以往研究,文章主要总结了2种影响气候辐射强迫性质相反的黑碳气溶胶和硫酸盐气溶胶以及相对湿度和黑碳的混合状态对气溶胶辐射强迫效应的影响。完善对大气气溶胶,尤其是人类活动产生的气溶胶的气候强迫机制及对地气系统影响的认识。     

气溶胶辐射效应对气象和环境影响的观测与模拟研究

选取2015年和2019年不同代表年份,结合外场观测和数值模拟,分析了天津地区不同季节不同天气(晴天、多云、霾)下,气溶胶辐射效应对整层大气透过率和地表入射太阳辐射的影响,以及这种影响在不同年份的差异.借助WRF-Chem模式模拟分析了重污染期间气溶胶辐射效应对垂直方向上气象要素廓线、边界层结构以及PM_2.5浓度的反馈机制.结果表明:霾污染可导致大气透过率明显下降,春、秋、冬不同季节,霾污染导致中午大气透过率分别下降0.09,0.11和0.09.全年平均霾污染可导致大气透过率降低约15.5%.云量的增多也可导致大气透过率明显下降,多云天气下大气透过率相比晴天减小约22.4%.霾和云对大气透过率的影响还与太阳高度角有关,当太阳高度角>60°时,霾污染导致大气透过率下降8.6%.随污染等级提高,气溶胶对太阳辐射的衰减作用也越强,天津地区空气质量分别为Ⅰ～Ⅰ级时,中午地表入射短波辐射呈稳定下降趋势,依次为484,446,439,342,328和253W/m².重污染期间,气溶胶辐射效应导致大气低层(250m以下)降温(0.8℃)增湿(3.8%...     

图论在大气化学模式计算和灵敏度分析等中的应用

若用吉尔型法求解大气化模式，动力学模式和灵敏度度分析时，预估矩阵是不对称矩阵。在图论中该矩阵对应于一有向图（一种类型的反应图）顶点代表反应物或产物，边表示反应，图论中将向图划分成强成分可以用于ＬＵ分解一系列小矩阵代替直接ＬＵ分解预估矩阵本身，从而提高了效率，以大气化学模式的碳键机理和乙烷裂解动力学机理两例说明了，给出了许多划分强成分前后动力模型和灵敏度分析有关的有向图及其有关的矩阵，本法与间接法和     

平流层硫酸盐气溶胶辐射效应的模拟研究

平流层中的硫酸盐气溶胶在地球能量循环和全球气候变化中发挥着关键性作用.基于自主开发的矢量辐射传输模型,重点研究对流层气溶胶类型、平流层气溶胶光学厚度（AOD）、太阳天顶角（SZA）和地表反照率等对平流层硫酸盐气溶胶辐射强迫和大气加热速率等辐射效应的影响.结果表明,对流层无气溶胶时,平流层气溶胶在大气顶层（TOA）的辐射强迫为-15.80 W·m^-2,地气系统的冷却效应最大.对流层气溶胶为黑碳时,平流层气溶胶在大气底层（BOT）的辐射强迫最小,为-47.53 W·m^-2,地表冷却最大.同时,平流层硫酸盐的辐射强迫导致对流层 降温,平流层升温,在模拟条件下,最大升温可达0.6 K·d^-1.此外,结果还表明,平流层硫酸盐辐射强迫对AOD、SZA和地表反照率均具有很高的敏感性.平流层气溶胶在TOA和BOT的辐射强迫随AOD的增大呈线性减小趋势,但随地表反照率的增大呈线性增大趋势.AOD和SZA的增大会强化辐射强迫的作用效果,但地表反照率的增大可能会改变辐射强迫的正负,导致平流层硫酸盐对地气系统的作用效果从冷却变为加热.     

京津冀区域典型重污染过程与反馈效应研究

以京津冀地区2014年10月5~12日一次重污染过程为例,采用飞机AMDAR数据和WRF-Chem模式,分析了大气边界层垂直结构与PM_2.5的时空演变规律,定量研究了气溶胶直接反馈效应对多种气象要素的影响.结果表明：此次重污染过程地域范围广、持续时间长、影响强度大,PM_2.5污染呈带状分布,主要受地面均压场和高空纬向环流形成稳定的大气环流背景场、垂直层风场及逆温共同影响.气溶胶直接反馈效应导致京津冀地区整个时段太阳辐射量降低39.80W/m²,气温下降0.34℃,边界层高度降低36.64m,相对湿度升高0.90%.反馈效应南部地区较北部更显著,污染日强于平均时段和清洁天,气溶胶的辐射反馈作用使得各气象要素均呈现不利于污染物扩散的趋势,造成气溶胶聚集区PM_2.5浓度进一步增加.     

碳黑大气颗粒物的环境效应

碳黑颗粒物来自高温燃烧过程,它对可见光辐射具有最大能力的吸收作用。新近研究结果证实,碳黑大气颗粒物具有温室效应的作用,是引起地球气候变暖的重要角色。这种作用可以通过碳黑颗粒物对地球辐射平衡的直接效应和间接效应得以实现。以往人们对碳黑颗粒物这种作用的估计偏低。人们在未来减低大气温室效应的战略中,大气污染削减物质应将碳黑颗粒物包括在内。碳黑颗粒物还具有抑制对流层中臭氧形成、干扰局部地区水文循环和降低能见度的其他环境效应。     

华北地区沙尘天气垂直气溶胶直接辐射强迫

利用CALIOP数据和SBDART（Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer）辐射传输模式研究了2013~2016年华北地区8d沙尘天气气溶胶及其直接辐射强迫垂直分布特征,分析了气溶胶垂直分布和光学特性对直接辐射强迫的影响.结果表明,气溶胶集中分布在地表及以上3km范围,其中纯净沙尘型和污染沙尘型气溶胶位于上层,污染大陆型气溶胶和烟雾位于下层.大气层顶、地表和大气层的日均气溶胶直接辐射强迫分别是-38.41~-88.44,-74.03~-225.86,9.06~137.42W/m².0~8km高度范围气溶胶直接辐射强迫是负值,且随着高度的增加绝对值逐渐减小.气溶胶垂直分布对大气层顶、地表和大气层的直接辐射强迫影响较小,但对直接辐射强迫垂直分布影响较大,由气溶胶廓线差异造成的同一高度层气溶胶直接辐射强迫最大差值能达到31.18W/m².气溶胶光学厚度和单次散射反照率对直接辐射强迫影响明显.消光能力相同时,吸收性气溶胶对短波太阳光的衰减作用大于散射性气溶胶,后向散射比例大的气溶胶大于后向散射比例小的气溶胶.     

华北地区沙尘天气垂直气溶胶直接辐射强迫

利用CALIOP数据和SBDART（Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer）辐射传输模式研究了2013~2016年华北地区8d沙尘天气气溶胶及其直接辐射强迫垂直分布特征,分析了气溶胶垂直分布和光学特性对直接辐射强迫的影响.结果表明,气溶胶集中分布在地表及以上3km范围,其中纯净沙尘型和污染沙尘型气溶胶位于上层,污染大陆型气溶胶和烟雾位于下层.大气层顶、地表和大气层的日均气溶胶直接辐射强迫分别是-38.41~-88.44,-74.03~-225.86,9.06~137.42W/m².0~8km高度范围气溶胶直接辐射强迫是负值,且随着高度的增加绝对值逐渐减小.气溶胶垂直分布对大气层顶、地表和大气层的直接辐射强迫影响较小,但对直接辐射强迫垂直分布影响较大,由气溶胶廓线差异造成的同一高度层气溶胶直接辐射强迫最大差值能达到31.18W/m².气溶胶光学厚度和单次散射反照率对直接辐射强迫影响明显.消光能力相同时,吸收性气溶胶对短波太阳光的衰减作用大于散射性气溶胶,后向散射比例大的气溶胶大于后向散射比例小的气溶胶.     

黑碳对气候的影响和中国黑碳减排措施

黑碳已经成为仅次于二氧化碳的气候影响因子,黑碳的排放问题越来越受到人们的关注。主要探讨了黑碳对气候的影响机理,并论述了黑碳主要是通过辐射强迫对全球气候产生影响,其中辐射强迫包括对可见光和部分红外光强吸附而造成的直接辐射强迫和通过云凝结核和冰雪反射影响等造成的间接辐射强迫。另外,还讨论了中国黑碳的排放问题,并且针对不同类别的排放源,提出了一些可行的减排建议。     

中国硫酸盐气溶胶直接辐射效应性质与地表反射率的关系

地表反射率是影响硫酸盐气溶胶直接辐射效应的重要参数.本研究在MODIS地表反射率数据和中国二氧化硫排放清单数据的基础上,应用CanMETOP模型和SBDART模型,模拟地表反射率、纬度和直接辐射效应之间的关系,并对中国硫酸盐气溶胶直接辐射效应性质进行分析.结果表明,部分冬季积雪或终年冰雪覆盖的地区,其硫酸盐气溶胶直接辐射效应为正.该研究结果对硫酸盐气溶胶及其气候效应研究具有重要意义.     

中国硫酸盐气溶胶直接辐射效应数值模拟

硫酸盐气溶胶对地球系统能量收支平衡和全球气候变化有重要影响.本研究基于中国2007年二氧化硫排放清单,应用Can METOP、OPAC和SBDART模型,对中国硫酸盐气溶胶直接辐射效应及其空间分布和时间变化进行分析.结果表明,2007年中国硫酸盐气溶胶直接辐射效应全年波动范围在-9.1~0.0008 W·m~(-2)之间,全国年均值为-1.372 W·m~(-2),低于全球均值(-0.35 W·m~(-2)),其中华东地区最强为-5.017 W·m~(-2),西北地区最弱仅为-0.22 W·m~(-2),该空间分布主要受SO_2排放的空间差异及西风导致的向东溢出效应影响.同时,除华南之外的绝大多数地区夏季辐射效应最强、冬季最弱,这主要由SO_2向硫酸盐的转化率及相对湿度的季节差异决定.本研究有助于了解中国硫酸盐气溶胶及其气候效应的时空差异,对评估硫酸盐气溶胶的气候效应有重要意义.     

气溶胶直接辐射效应对全球陆地生态系统碳循环的影响

论文利用通用陆面模式CLM4.0-CN对全球陆地生态系统生物地球化学循环过程进行模拟,分析气溶胶直接辐射效应对全球陆地生态系统碳循环的影响。结果表明：气溶胶直接辐射效应使2007年全球陆地生态系统平均总初级生产力（GPP）、净初级生产力（NPP）、异养呼吸（R_H）、自养呼吸（R_A）以及净生态系统生产力（R_eco）都呈现出增加的态势。具体的变化特征则随着地区不同而表现出极大的差异,在非洲中西部、中国中东部、美国东南部和欧洲中南部地区GPP增加,在南美洲亚马逊地区及东南亚等地区GPP减少。NPP和R_A与GPP的分布基本一致。分析发现,气溶胶直接辐射效应导致陆地生态系统碳循环发生变化有如下两方面原因： 1）散射施肥效应,即植被阴生叶可以吸收的散射辐射（光合有效辐射）增加使其光合速率增加;2）辐射变化导致温度和湿度条件发生变化,从而改变植物生物物理和化学过程速率。     

中国地区气溶胶类型变化及其辐射效应研究

利用AERONET网站中国地区各区域多个站点长期的观测数据,通过各类气溶胶光学特性的差异（Extinction Angstrom Exponent,EAE;Single Scattering Albedo,SSA）将中国地区华北区域北京、香河站点,华东区域太湖站点,华南区域香港站点,西北区域SACOL站点气溶胶进行分类分析其气溶胶占比特征及年际变化,并进一步研究不同地区各类气溶胶光学及辐射特性差异.研究结果表明,不同地区各类气溶胶占比特征显著,华北区域北京、香河站点混合吸收型气溶胶Type5占比最多,分别占比35%、31%;其次为城市/工业型气溶胶Type3和Type4;华东区域以Type3、Type4和Type5三类气溶胶为主,分别占比32%、26%、25%;华南区域Type3、Type4气溶胶占比最为突出,占比分别达到46%、21%.西北区域Type5占比高达45%,出现高达34%的沙尘型气溶胶Type7.以不同地区各类气溶胶占比特征为基础,不同气溶胶的年际变化趋势差异较大.不同地区各类气溶胶光学特性参数（AOD（Aerosol Optical Depth）、EAE、SSA）年变化特征表明,华北、华东区域AOD减少、EAE变化小、SSA增大;华南区域整体AOD增大,但近年来AOD显著减少、EAE变化小、SSA增大;西北区域AOD增大、EAE增大、SSA减少,即除了西北区域外,其余区域环境空气质量逐渐好转,粒子尺度变化较小,吸收能力下降.地表气溶胶直接辐射强迫效率（ARFE-BOA）结果显示,除华东区域太湖站点外,Type1对地表的降温冷却作用最大,绝对值均大于210 W·m^-2,其次为Type2,即吸收型粒子对地表的贡献大于散射型粒子;关于ARFE-TOA的平均特征,Type4或Type7对大气顶的降温冷却作用最强,而各类气溶胶对大气层的加热作用与ARFE-BOA的平均特征类似,吸收型细粒子对大气层的加热作用较强.     

大气气溶胶对气候与生态系统影响的综合评述

在广泛收集国内外有关大气气溶胶对气候与环境生态系统影响文献的基础上,对我国大气气溶胶的排放状况、大气气溶胶对气候系统直接和间接影响研究以及大气气溶胶的气候和生态环境效应等方面做了综合评估。      

黑碳气溶胶的研究现状:定义及对健康、气候等的影响

空气污染造成的健康和环境影响日益严重.黑碳（black carbon,BC）作为环境空气细颗粒物的重要组成成分,会影响大气辐射强迫,造成气候变化,同时还会引发人体呼吸系统、心血管系统及神经系统疾病等,逐渐受到广泛关注.但在科学研究中,黑碳常易与其他碳质气溶胶名称相混淆.通过文献整理及内容对比等方式,厘清黑碳与炭黑、元素碳、碳烟等碳质气溶胶在定义、产生方式、组成成分、测定方法等方面的异同;明确黑碳在人体中诱导自由基反应、引起氧化应激等致病机理,以及对肺功能、呼吸功能、心血管功能、神经功能的短/长期健康效应的不良影响;梳理黑碳对气候变化的影响机制,如辐射强迫（直接效应、半直接效应、间接效应）和其他云效应影响等;发现黑碳会间接对人体产生健康影响,其与能见度、农作物产量、贫困地区经济水平均存在关联.研究显示:黑碳可吸附较多有毒物质,能作为载体进入人体产生各类不良健康影响;黑碳是颗粒物的重要成分之一,对太阳辐射有强吸收作用,但其辐射强迫值难以准确估算.